Aquí está mi respuesta a la pregunta principal:
[matemáticas] \ frac {1} {3} [/ matemáticas] es una convención para escribir la solución (única) al problema de encontrar “?” en la ecuación
[matemáticas] 3 \ veces? = 1. [/ matemáticas]
Las fracciones no siempre se escribieron de esta manera: como ejemplo, los egipcios [1] escribieron

para representar el número [math] \ frac {1} {3} [/ math]. Esto tiene un significado para ellos: las tres barras verticales representan el número tres, mientras que la curva cerrada anterior significa que estamos considerando el recíproco del número a continuación. Ok, volviendo a nuestro problema inicial. Hasta ahora, lo que sabemos sobre [matemáticas] \ frac {1} {3} [/ matemáticas] es que
[matemáticas] 3 \ veces \ frac {1} {3} = 1. [/ matemáticas]
Para descubrir qué es [matemática] \ frac {1} {3} + \ frac {1} {3} + \ frac {1} {3} [/ matemática], tome tres copias de lo que sabemos:
[matemáticas] \ begin {align} 3 \ times \ frac {1} {3} & = 1, \\ 3 \ times \ frac {1} {3} & = 1, \\ 3 \ times \ frac {1} {3} & = 1. \ end {align} [/ math]
La relación de igualdad es compatible con la suma. Significa que si agregamos lo mismo a ambos lados de la ecuación, sigue siendo válida. Tenga en cuenta que las cosas que agreguemos deben ser de la misma naturaleza de los miembros: si [matemáticas] a [/ matemáticas] y [matemáticas] b [/ matemáticas] son números, no tiene sentido escribir
[matemáticas] a = b \ Flecha derecha a + Quora = b + Quora, [/ matemáticas]
a menos que haya definido una nueva relación [matemáticas] + [/ matemáticas]. Si sumamos los tres miembros izquierdos juntos, y los tres miembros derechos, obtenemos que
[matemáticas] 3 \ veces \ frac {1} {3} +3 \ veces \ frac {1} {3} +3 \ veces \ frac {1} {3} = 1 + 1 + 1. [/ matemáticas]
Ahora, el número 3 es un factor común a todos los términos de los miembros izquierdos, por lo que tenemos que
[matemáticas] 3 \ veces \ frac {1} {3} +3 \ veces \ frac {1} {3} +3 \ veces \ frac {1} {3} = 3 \ veces (\ frac {1} {3 } + \ frac {1} {3} + \ frac {1} {3}) [/ math]
usando la distributividad de la multiplicación sobre la suma. En el lado derecho, tenemos la expresión [matemáticas] 1 + 1 + 1 [/ matemáticas]. Este es el número 3 por la siguiente razón: 3 se define como el sucesor del número dos, lo que significa que [matemáticas] 3 = 2 + 1 [/ matemáticas] por definición. Pero como dos es el sucesor de 1, [matemáticas] 2 = 1 + 1 [/ matemáticas]. Por lo tanto, [matemáticas] 3 = (1 + 1) +1 [/ matemáticas]. Por lo general, omitimos los paréntesis cuando la operación es asociativa, que es el caso aquí. Ahora, usando la propiedad transitiva de [math] = [/ math], tenemos que
[matemáticas] 3 \ veces (\ frac {1} {3} + \ frac {1} {3} + \ frac {1} {3}) = 3. [/ matemáticas]
¡Oh espera! El único número [math] n [/ math] tal que [math] 3 \ times n = 1 [/ math] es 1, ya que 1 es el elemento neutral (único) para la multiplicación. Entonces, debemos tener eso
[matemáticas] \ frac {1} {3} + \ frac {1} {3} + \ frac {1} {3} = 1. [/ matemáticas]
Aquí está mi respuesta a la pregunta secundaria:
Es cierto que [matemáticas] \ frac {1} {3} \ aproximadamente 0.3 [/ matemáticas]. También es cierto que [matemáticas] \ frac {1} {3} \ aprox. 0,33 [/ matemáticas]. También es cierto que [matemáticas] \ frac {1} {3} \ aproximadamente 0.333 [/ matemáticas]. Sin embargo, no importa cuántas copias del número 3 que coloquemos, nunca tendremos que [math] \ frac {1} {3} = 0.333 \ ldots 3. [/ math] El significado de los tres puntos es que el número 3 se repite un número infinito de veces. En realidad, tenemos que [math] \ frac {1} {3} = 0.333 \ ldots. [/ Math] Volviendo a las fracciones, el significado de los primeros 3 directamente al punto en [math] 0.333 \ ldots [/ math ] es [matemática] \ frac {3} {10} [/ matemática], el significado del segundo es [matemática] \ frac {3} {10 ^ 2} [/ matemática], y así sucesivamente. Tenemos eso
[matemáticas] 0.333 \ ldots = \ frac {3} {10} + \ frac {3} {10 ^ 2} + \ frac {3} {10 ^ 3} + \ ldots. [/ math]
Para deshacernos de la notación algo confusa [matemáticas] \ ldots [/ matemáticas], escribimos [matemáticas] \ frac {3} {10} + \ frac {3} {10 ^ 2} + \ frac {3} {10 ^ 3} + \ ldots [/ math] como
[matemáticas] 3 \ sum_ {k = 1} ^ {\ infty} \ frac {1} {10 ^ k} [/ matemáticas]. Esto se llama una serie geométrica. No es difícil demostrar que si [matemática] r [/ matemática] satisface [matemática] -1
[matemáticas] \ frac {r} {1-r} = \ frac {\ frac {1} {10}} {1- \ frac {1} {10}} = \ frac {\ frac {1} {10} } {\ frac {9} {10}} = \ frac {1} {9}. [/ math]
Por lo tanto, [matemáticas] \ frac {3} {10} + \ frac {3} {10 ^ 2} + \ frac {3} {10 ^ 3} + \ ldots = 3 \ sum_ {k = 1} ^ {\ infty} \ frac {1} {10 ^ k} = 3 \ times \ frac {1} {9} = \ frac {1} {3}. [/ math]
Espero que esto ayude.
Notas al pie
[1] Fracción egipcia – Wikipedia